Seminarbericht

Digitale Computer stoßen zusehends an ihre physikalischen Grenzen. Einen Ausweg bieten postdigitale Rechenkonzepte wie die Quanteninformationsverarbeitung (QIP) oder künstliche neuronale Netze (ANN), die in spezieller Hardware implementiert sind. Optische Plattformen haben großes Potenzial sowohl für QIP als auch für ANNs. Die ersten Komponenten für optische QIP wurden bereits realisiert, z. B. kleine Prozessoren, hocheffiziente nichtklassische Lichtquellen und supraleitende Einzelphotonendetektoren. Ähnliche Komponenten ermöglichen chip-integrierte optische künstliche neuronale Netze (ONNs), die sich im Prinzip aus linearen optischen Netzen und Nichtlinearitäten zusammensetzen.

Ziel dieses online-Seminars war es, vom 25. bis 27. August die Vielfalt und Komplexität der experimentellen und theoretischen Ansätze zur optischen Datenverarbeitung zusammenzubringen und Fachwissen aus allen beteiligten Bereichen zu vereinen. In 16 eingeladenen und 7 beigetragenen Vorträgen sowie zahlreichen Postern wurden sowohl der dynamische Fortschritt der letzten Jahre im Bereich der Photonik für postdigitale Computer als auch die kommenden Herausforderungen eindrucksvoll sichtbar.

Ein spannender Themenkomplex widmete sich dem messungsbasierten photonischen One-Way-Quantencomputer mit sog. Clusterzuständen. Da in diesem Konzept die Erzeugung von Qubits und die Implementierung der Quantenlogik getrennt werden, lässt sich mit einer viel größeren Anzahl an Qubits arbeiten, als vom Prozessor gleichzeitig adressiert werden können. Somit ist eine Skalierung auf mehr als eine Million Qubits denkbar. Trotz der bemerkenswerten vorgestellten Fortschritte wurde auch sichtbar, dass hierfür die Schlüsselkomponenten (Photonenquellen, optische Schaltkreise und Detektoren) in ihrer Effizienz noch weiter verbessert und zu Gesamtsystemen zusammengebracht werden müssen.

Ein ebenfalls diskutiertes Thema war das maschinelle Lernen mit optischen neuronalen Netzwerken. Diese bieten das Potenzial, klassische transistorbasierte Ansätze in ihrer Energieeffizienz und Rechengeschwindigkeit zu überbieten. Hierfür wurde ein integrierter photonischer Tensor-Prozessor mit dem Potenzial für 1015 Rechenoperationen pro Sekunde bei einer optischen Leistungsaufnahme von unter 20 fJ pro Rechenoperation vorgestellt.

Wir danken der WE-Heraeus-Stiftung für die hervorragende organisatorische Unterstützung und die Bereitstellung der ausgezeichneten virtuellen Tagungsplattform MeetAnyway, die dieses Seminar für alle Teilnehmer und Teilnehmerinnen zu einem besonderen Ereignis hat werden lassen.

Dr. Anna Pappa, Technische Universität Berlin
Prof. Dr. Janik Wolters, DLR Berlin